余桂华/柏中朝Nature子刊：与厚度无关的可扩展高性能锂硫电池

增加锂硫电池的能量密度需要最大化其面积容量，需要具有高硫负载和高硫含量的厚电极。然而，传统的厚电极通常会导致离子转移动力学缓慢以及电子电导率和机械稳定性降低，从而导致其电化学性能依赖于厚度。

图1. S@WLC-CNTs电极的制作工艺和设计原理

在此，澳大利亚伍伦贡大学柏中朝和美国德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授等人合作通过冰模板法合成了用碳纳米管林修饰的独立且低曲折的N、O共掺杂木状碳骨架（WLC-CNTs），由于具有高导电性和坚固的木质特征，这种材料可用作高硫负载正极（S@WLC-CNTs）的主体。

EIS对称电池检测表明，S@WLC-CNTs单位电活性表面积的离子电阻和电荷转移电阻不随厚度变化而变化，说明锂硫电池的电化学性能与厚度无关。

图2. S@WLC-CNTs电极的电化学性能和动力学分析

当电极厚度增加到1200 µm，表面硫负载量为52.4 mg cm^-2时，在0.1C、E/S比为6的情况下经过100次循环后，电极仍可保持692 mAh g^-1的可逆容量。

此外，WLC-CNTs还可以作为锂负极的主体以抑制其枝晶生长，凭借这些特定的亲锂和亲硫特性，Li-S全电池表现出长循环稳定性。这种策略使生产具有极高硫负载量的极厚电极成为可能，并为设计高重量和体积能量密度的Li-S电池铺平了道路。

图3. 锂负极的电镀/剥离行为和锂硫全电池的电化学性能

Thickness-independent scalable high-performance Li-S batteries with high areal sulfur loading via electron-enriched carbon framework, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24873-4

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余桂华/柏中朝Nature子刊：与厚度无关的可扩展高性能锂硫电池

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